通过非靶向代谢组学和稳定同位素示踪技术分析索拉非尼耐药白血病细胞的代谢重编程和氧化还原适应

背景与目的FMS样酪氨酸激酶3(FMS-like tyrosine kinase 3,FLT3)近膜结构域内的内部串联重复(internal tandem duplications,ITD)是急性髓系白血病(acute myeloid leukemia,AML)预后不良的指标。酪氨酸激酶抑制剂(如索拉非尼)是急性髓系白血病主要的靶向药物,但会产生耐药性,使其疗效受限。虽然目前已对FLT3抑制剂耐药的分子机制有所了解,但代谢物水平的细胞功能及与代谢通路的相互作用尚不清楚。本研究旨在阐明白血病细胞对FLT3抑制剂耐药后代谢组学的改变情况。方法我们建立了2株携带FLT3/ITD突变的索拉非尼耐药的细胞系,命名为鼠源BaF3/ITD-R和人源MV4-11-R细胞系。我们进行了非靶向代谢组学和稳定同位素标记代谢流分析,以确定与耐药相关的代谢改变。结果耐药细胞表现出完全改变的代谢图谱,其特征表现为葡萄糖需求增加,伴随进入磷酸戊糖途径(pentose phosphate pathway,PPP)的葡萄糖通量减少;氧化应激增加,同时谷胱甘肽合成增加。我们证明了耐药细胞中代谢改变得分最高的网络与核苷酸降解相关。我们还进行了稳定同位素示踪实验,结果提示在耐药细胞中进入PPP的葡萄糖通量减少。进一步研究表明,PPP中主要酶的抑制包括氧化途径的葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(glucose-6-phosphate dehydrogenase,G6PD)缺陷和非氧化途径的转酮醇酶(transketolase,TKT)。此外,我们发现长期使用索拉非尼可导致FLT3/ITD阳性的白血病细胞氧化应激增加,同时伴有细胞增殖能力降低及抗氧化应答增强。结论我们通过比较代谢组学的相关数据鉴定出了独特的代谢和氧化还原适应特征,这可能促进了FLT3/ITD突变的白血病细胞发生索拉非尼耐药。